Физика-10ти клас [Архив]

sexa_na_kompleksa

10-05-2008, 10:24

Виж това:

1.Същност

Микровълните са електромагнитни вълни с дължина на вълната по-дълга от тази на инфрачервената светлина, но по-къса от тази на радиовълните.
Микровълните,известни още като радиовълни със свръх висока честота , имат дължина на вълната приблизително в диапазона от 30 см. (честота=1GHz) до 1мм. (300GHz).Все пак границите между долната граница на инфрачервената светлина , микровълните и УКВ радиовълни са условни и се приемат различно в различни области.
Съществуването на електромагнитни вълни , горната част от чиито спектър се нарича микровълни, е предречено от Джеймс Клерк Максуел през 1864 г. с известните уравнения на Максуел. През 1888 г. Хейнрих Херц е първият, който демонстрират съществуването на електромагнитни вълни, построявайки апарат,
излъчващ радиовълни.

2.Източници

Тъй като микровълните са много по-дълги в сравнение със светлинните , те имат по-малко енергия и се детектират по-трудно. Точността, с която може да бъде определено положението на източника им, намалява с увеличаването на дължината на вълната. По тази причина, е по-трудно да се определи мястото на един източник на микровълни, отколкото на светлинни.
Източниците на микровълни се делят на естествени и изкуствени.

а)естествени:
Основни естествени източници на микровълни са звездите, които излъчват електромагнитни вълни в целия спектър.Това е установено с измервания направени чрез спътници и мощни радиотелескопи, с които са детектирани излъчвания на ултравиолетови , ренгенови и гама лъчи.

б)изкуствени:
Изкуствени са създадените от човека източници на микровълни. Те могат да бъдат генерирани с помощта на различни устройства, които най-общо се класифицират в две категории: - полупроводникови и вакуумни устройства.
Полупроводниковите устройства са: - полеви транзистори, биполярни транзистори , диоди на Гън и лавинни диоди. Има разработени различни специализирани версии на обикновените транзистори, работещи с по-висока скорост, които е възможно да бъдат използвани за високочестотни приложения.
Вакуумните устройства, или иначе казано, устройствата с радиолампи, работят на принципа на насочено движение на електрони във вакуум под влиянието на управляващо електрично или магнитно полета. Радиолампите за свръх висока честота ca Mагнетрон, Клистрон, ЛБВ (лампа с бягаща вълна).

3.Свойства

Широкото приложение на микровълните се дължи на техните специфични свойства.
Установено е, че излъчваната от антената на предавателя електромагнитна енергия на вълните е правопропорционална на четвъртата степен на тяхната честота.Това означава , че при еднаква мощност на два променливи тока в антената с честоти ν₁ и ν₂>ν₁ много повече енергия за едно и също време предавателят ще излъчи , ако работи с по-високата честота.
Микровълните почти не се поглъщат от хидрометеорните образования в тропосферата.За вълни с честота около 10,35,94GHz и др. съществуват “прозорци на прозрачност” в йоносферата.
Тези свойства дават възможност предавателите на микровълни да се правят с неголяма мощност, микровълните, излъчвани от Земята,да се разпространяват и в космическото пространство и да изпълняват цели,които другите вълни не могат. Тяхна предимство е и това,че предавателите и приемниците могат да се правят от полупроводникови елементи:диоди, транзистори и интегрални схеми. Затова те са сравнително евтини, с малки размери и мобилни.
Свойството на микровълните да се разпространяват праволинейно обуславя използването им от устройства, наречени радари, за откриване на обекти и тяхното местоположение.

4.Радиолокация

Откриването на различни обекти и точното определяне на тяхното местоположение с помощта на микровълни се нарича радиолокация. Това става с устройство, наречено радиолокатор или радар. Принципът на действие на радиолокатора е подобен на ултразвуковия локатор. Радиолокаторът е снабден с мощен свръхвисокочестотен (СВЧ) генератор, свързан със специална антена, която излъчва микровълни само в определена посока. (Теоретично и експериментално се доказва, че колкото дължината на електромагнитната вълна е по-малка, толкова по-голяма насоченост на излъчването може да се постигне. Това е основната причина за радиолокация да се използват микровълни, а не по-дълги радиовълни.) Поради голямата насоченост на излъчването може да говорим за микровълнов „лъч”, който се разпространява по посока на обекта, отразява се от него и се връща обратно. За определяне на разстоянието до обекта най-често се използва импулсен режим на излъчване. Продължителността на всеки импулс е много малка, така че излъчването му приключва преди пристигането на отразения сигнал. Това дава възможност една и съща антена да се използва както за предаване, така и за приемане: в паузата между два последователни импулса предавателната антена се превключва да работи като приемна антена и регистрира отразения от обекта импулс. Като се измери времето, за което импулсът достига обекта и се връща обратно, изчислява се разстоянието до обекта.
В съвременните радиолокатори информацията, съдържаща се в отразените от обекта микровълни, се преобразува в цифров код, което позволява бързата й по-нататъшна обработка. Това дава възможност с радиолокатора например да се следят едновременно няколко цели, да се определят техните скорости и посоки на движението и т.н.
С радари са снабдени корабите, самолетите, полицейските коли, летищата и т.н.
Чрез тях се изследват също така телата от слънчевата система – планети, спътници, комети, слънчевата корона. Поради огромните междупланетни разстояния за изучаване на небесните тела се използват мощни радиолокатори с много големи антени, както и радиолокатори, монтирани на космически апарати.
Радиолокационните методи дават възможност много точно да се определят разстоянията до планетите, размерите на техните орбити, местоположението на изкуствените спътници и др.

5.Употреба

В микровълновата печка се използва магнетронен генератор за произвеждане на микровълни с честота около 2,45 GHz с цел- Готвене на Храна. Микровълните готвят храната, като карат молекулите на водата в продуктите да вибрират. Вибрацията произвежда Топлина, която затопля храната. Като вземем предвид че органичната материя е съставена главно от вода, храната се приготвя много лесно по този метод. Микровълните се използват в предаванията на комуникационните спътници (сателити), защото те преминават лесно през земната атмосфера с по-малко взаимодействие за разлика от вълните с по-ниска честота. Освен това, микровълните имат по-широка честотна лента отколкото радиовълните от останалата част на спектъра.
Радарите откриват местоположението, скоростта и други характеристики на отдалечени тела посредством насочено излъчване на радиовълни, от УКВ или СВЧ обхватите и приемане на отразените от тези тела вълни.
Безжични LAN протоколи, като Bluetooth и IEEE802.11g и b спецификациите, също използват микровълни в 2,4 GHz индустриалния обхват (устройствата, излъчващи в тези обхвати не се нуждаят от специално разрешение, например гореспоменатите микровълнови печки), а протоколът IEEE802.11a използва 5 GHz индустриален обхват. В много страни е разрешено безжичното излъчване на Интернет на далечни разстояния в обхвата 3,5 -4 GHz.
Кабелната телевизия и интернет достъпът през коаксиален кабел, а също и ефирната телевизия използват долния край на СВЧ обхвата. Микровълните могат да бъдат използвани за прехвърляне на енергия на дълги разстояния. След Втората Световна война са провеждани изследвания за проверка на тази възможност. През седемдесетте и осемдесетте години на двадесети век НАСА проучва възможността спътници, снабдени със слънчеви батерии, да произвеждат енергия, и да я изпращат на Земята посредством микровълни.